ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Σχεδιασμός ποιότητας ειδικών δομικών στοιχείων βασισμένων σε υπερλεπτομερή λατομικά παραπροϊόντα.

Transcript

1 ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΟΡΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Σχεδιασμός ποιότητας ειδικών δομικών στοιχείων βασισμένων σε υπερλεπτομερή λατομικά παραπροϊόντα. Λεβεντάκης Κωνσταντίνος Διπλ. Μηχ. Ορυκτών Πόρων Εξεταστική Επιτροπή Επικ. Καθ. Μιχάλης Γαλετάκης (επιβλέπων) Καθ. Ζαχαρίας Αγιουτάντης Καθ. Βασίλειος Περδικάτσης Χανιά, Αύγουστος 2009

2 Στη μάνα και τον δάσκαλό μου που με το παράδειγμά τους συνεχίζουν να μου μαθαίνουν πολλά. 2

3 Περίληψη Τα λεπτομερή ασβεστολιθικά λατομικά παραπροϊόντα, σαν το ογκωδέστερο των απορριμμάτων της βιομηχανίας εξόρυξης παραγωγής αδρανών υλικών στην χώρα μας, συσσωρεύετε εδώ και δεκαετίες, λόγω απουσίας ουσιαστικών προτάσεων για την ταυτοποίηση, διαχείριση και ακόλουθη εκμετάλλευσή του. Η αδυναμία αυτή έχει δημιουργήσει στις λατομικές επιχειρήσεις πλειάδα χρόνιων διαχειριστικών, νομικών και ως εκ τούτου και οικονομικών προβλημάτων, οδηγώντας την πλειοψηφία αυτών σε παράνομες και περιβαλλοντικά ανεπίτρεπτες ευκαιριακές λύσεις (απόρριψη σε απομακρυσμένες περιοχές, στην θάλασσα, ρέματα κ.τ.λ.). Στα πλαίσια διερεύνησης του προβλήματος, για την εξεύρεση μιας κατάλληλης και άμεσα εφαρμόσιμής στο περιβάλλον της ελληνικής λατομικής επιχείρησης, λύσης, διεξήχθει εκτενές πρόγραμμα δειγματοληψίας και εργαστηριακού χαρακτηρισμού δειγμάτων ασβεστολιθικής παιπάλης καθώς και μητρικού πετρώματος, που συνελλέγησαν από λατομική επιχείρηση της περιοχής Ηρακλείου Κρήτης, καθώς και επιχείρηση παραγωγής ετοίμου σκυροδέματος και ασφαλτομίγματος που αυτή τροφοδοτεί. Στην συνεχεία διερευνήθηκαν, με την διαδικασία του παραγοντικού σχεδιασμού, δυο τεχνολογίες διαμόρφωσης δομικών στοιχειών με κύριο συστατικό το λεπτομερές λατομικό απόρριμμα. Η διαδικασία του εργαστηριακού χαρακτηρισμού (Galetakis & Leventakis, 2009),περιελάμβανε κοκκομετρική ανάλυση με την βοήθεια καταμετρητή laser, μέτρηση της αεροπερατότητας κατά Blaine, μέτρηση της φαινόμεντης πυκνότητας πρωτογενούς δείγματος παιπάλης και χύδην υλικού, μορφολογική ανάλυση κόκκων με οπτική (στερεοφωτογραφίες) και ηλεκτρονική (SEM) μικροσκοπία, χημικές, ορυκτολιγικές και θερμοβαρικές αναλύσεις, απέδειξε δε: την κοκκομετρική αλλά και χημική/ορυκτολογική διακύμανση των δειγμάτων παιπάλης λόγω διαφορών στην τεχνική απαγωγής της από τα αδρανή υλικά, αλλά και στις συνθήκες συλλογής αποθήκευσης και μηχανικής σταθεροποίησής της. την, παρά ταύτα, σαφή οπτική διάκριση μεταξύ ποσοτήτων παιπάλης διαφορετικής μεθόδου συλλογής και ακόλουθα διαφορετικών φυσικών και χημικών ιδιοτήτων. 3

4 την επιμόλυνση του λεπτομερούς υλικού κατά τις διαδικασίες συλλογής, αποκομιδής, μηχανικής σταθεροποίησης και αποθήκευσής του κατά περίπτωση: Aπό ίχνη NaCl, λόγω της διαβροχής της εν λόγω ποσότητας παιπάλης με νερό αντλούμενο από περιοδικά υφάλμυρο υδροφόρο ορίζοντα. Η παρουσία των ποσοτήτων αυτών NaCl θα μπορούσε να βλάψει σημαντικά την πιθανή μελλοντική προώθηση του λεπτομερούς παραπροϊόντος προς την κατασκευαστική βιομηχανία, η οποία και επιβάλει αυστηρά όρια της συγκέντρωσης NaCl στις πρώτες ύλες τις. Από αργιλικά ορυκτά τα οποία έως και διπλασιάζουν τις συγκεντρώσεις Si, Fe και Al στο λεπτομερές κλάσμα σε σύγκριση με το μητρικό πέτρωμα. Ο εμπλουτισμός των στοιχειών αυτών σε ψιλά κλάσματα παρατηρείτε συχνά και οφείλετε στην μηχανική αντοχή των ορυκτών που τα περιέχουν. Αυτός είναι όμως και ο λόγος που αυξημένες συγκεντρώσεις των στοιχείων αυτών χαρακτηρίζονται ιδιαιτέρως φθοροποιές για τον μηχανολογικό εξοπλισμό εν γένει και αποτελούν λόγω απόρριψης πιθανών πρώτων υλών από διαδικασίες παραγωγής δομικών υλικών. Από βαριά πετρελαϊκά κλάσματα πετρελαίου βιομηχανικής καύσης (mazut), λόγω της διαδικασίας αέριου διαχωρισμού της λεπτομερούς παιπάλης από την άμμο με αεροκυκλώνα εντός του κλιβάνου ανάμιξης του ασφαλτομίγματος. Ο διαχωρισμός αυτός γίνεται με την βοήθεια των καυσερίων θέρμανσης του ασφαλτομίγματος τα οποία περιέχουν όλα τα υπολείμματα καύσης του βιομηχανικού καυσίμου. Η πιθανή παρουσία όμως αυτών των βαρέων οργανικών ενώσεων, σε αυξημένες συγκεντρώσεις, εντός της ασβεστολιθικής παιπάλης μετά την συλλογή της, καθιστά προβληματική τη χρήση της για την παρασκευή τσιμεντοειδών κονιαμάτων υποβιβάζοντας, την γωνία εσωτερικής τριβής των παραγομένων υλικών και άρα την τελική αντοχή τους. Για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών προτείνεται (Galetakis & Leventakis, 2009): 4

5 Η παγίωση της ξηρής αέριας απαγωγής της παιπάλης από τα αδρανή υλικά με αναρρόφηση, στα διάφορα στάδια επεξεργασίας τους. Η οργάνωση και λειτουργία ενός συστήματος διαχείρισης της χύδην, ξηρής παιπάλης με την αποθήκευσή της σε σιλό και την μεταφορά της από αντίστοιχα αυτοκίνητα πνευματικής μεταφόρτωσης. Έτσι, θα ήταν δυνατή η οργάνωση σε τοπικό επίπεδο ενός συστήματος συλλογής της παιπάλης από τις διάφορες επιχειρήσεις του κλάδου και η συνολική επεξεργασία της από επιχειρήσεις που θα έχουν έτσι σημαντικό όφελος από τα παραγόμενα προϊόντα ανακύκλωσης της λατομικής διεργασίας. Τέτοιο σύστημα ξηρής, χύδην διακίνησης και εμπορίας λεπτομερούς υλικού εφαρμόζετε διεθνώς σήμερα στην αγορά τσιμέντου. Σε μικρότερο βαθμό θα μείωνε τα προβλήματα ομογενοποίησης και επιμόλυνσης του συλλεχθέντος λεπτομερούς υλικού η αποκονίωση των χονδρομερών αδρανών υλικών («γαρμπίλι»), τα οποία συμμετέχουν στο ασφαλτόμιγμα προ της εισόδου τους στον κλίβανο ανάμιξης, με στόχο την ποσοστιαία μείωση των ζημιογόνων προσμίξεων πριν την τελική ομογενοποίηση των ποσοτήτων παιπάλης. Αυτή η τελευταία θα μπορούσε να αποτελέσει μια μερισματική, παροδική λύση μέχρι την οργάνωση και εφαρμογή των δύο ως άνω συνολικών προτάσεων. Κατά την φάση διερεύνησης παραγωγής δομικών στοιχείων από τσιμεντοειδή κονιάματα ασβεστολιθικής παιπάλης, ο πρώτος παραγοντικός σχεδιασμός πειραμάτων αφορούσε στην τεχνική διαμόρφωσης υφυγρών μιγμάτων παιπάλης και κοινού τσιμέντου τύπου Portland CEM II 32.5 υπό πίεση (Galetakis & Raka, 2004a). Δοκιμάστηκε η αύξηση του περιεχομένου τσιμέντου (15,79%κ.β.) σε σύγκριση με προηγούμενες προσπάθειες, ενώ χρησιμοποιήθηκε ισόποσο μίγμα όλων των ποιοτήτων παιπάλης που συλλέγονται. Ο εργαστηριακός έλεγχος των σκληρημένων δοκιμίων έδειξε ακατάλληλα χαμηλές τιμές αντοχής σε μονοαξονική θλίψη και ανεπίτρεπτα υψηλή υδατοαπορρόφηση για χρήση δομικών στοιχέιων. Σαν κυριότερα αίτια εμφανίζεται η πλημμελής αποσυσσωμάτωση/ομογενοποίηση των στερεών φάσεων καθώς και η ατελής διασπορά της προστιθέμενης υγρασίας. Το πρώτο φαινόμενο γίνεται μακροσκοπικά αντιληπτό στις επιφάνειες θραύσης, όπου 5

6 παρατηρούνται διακριτές φάσεις (νησίδες), ενώ το δεύτερο γίνεται ορατό από την αναπόφευκτη δημιουργία «σβώλων» (pelletising) κατά την φάση της ανάμιξης. Κατά την εκτενή φάση διερεύνησης και σε μια προσπάθεια να αντιμετωπιστεί το αναφερόμενο και στην διεθνή βιβλιογραφία πρόβλημα της πλημμελούς ενυδάτωσης του τσιμέντου αυξανομένου του βάθους από την εξωτερική επιφάνεια του δοκιμίου, δοκιμάστηκε η σταδιακή μείωση της πίεσης διαμόρφωσης με ταυτόχρονη αύξηση του περιεχόμενου νερού στο ανάμιγμα. Σε κάθε τιμή πίεσης αναζητούνταν η οριακή περιεκτικότητα νερού στο προς συμπίεση ανάμιγμα, πέρα της οποίας η συμπίεση οδηγούσε σε απώλεια περίσσειας νερού για την εκάστοτε πίεση, Από τα αποτελέσματα των εργαστηριακών ελέγχων των σκληρημένων δοκιμίων έγινε άμεσα αντιληπτό πως η πίεση συμπύκνωσης παίζει πολύ σημαντικότερο ρόλο στην διαμόρφωση της τελικής αντοχής, από αυτόν του πιθανώς υψηλότερου βαθμού ενυδάτωσης του τσιμέντου στις περιοχές γύρω από το κέντρο μάζας του δοκιμίου. Άρα οι πιέσεις διαμόρφωσης κάτω των 75bar εγκαταλείφθηκαν και συγκεκριμένα, για λόγους κατανάλωσης ενέργειας κατά την πιθανή μελλοντική εφαρμογή της μεθόδου σε βιομηχανική κλίμακα, υιοθετήθηκε η πίεση των 75bar που αντιστοιχεί σε τάση συμπύκνωσης επί του δοκιμίου ίση με 43,5 MPa περίπου. Οι μηχανική αντοχή καθώς και η υδατοαπορρόφηση δεν κρίνονται ούτε εδώ ικανοποιητικές για χρήση δομικών στοιχειών, σύμφωνα με διεθνείς προδιαγραφές (BS 6073, (1981), BS 6717, (1993)), ενώ η πλημμελής αποσυσσωμμάτωση / ομογενοποίηση των στερεών φάσεων, καθώς και η ατελής διασπορά της υγρής φάσης παραμένουν ως προβλήματα. Κατά την τελική φάση διερεύνησης, δοκιμάστηκαν σε μίγματα με τις τρεις ποιότητες ασβεστολιθικής παιπάλης, δύο λεπτομερέστερα παραπροϊόντα κοπής/λείανσης μαρμάρου, καθώς και λατομική (θραυστή) άμμος. Προηγήθηκε ο γραφικός υπολογισμός «συνθετικών» κατανομών κοκκομετρίας μιγμάτων παιπάλης με άμμο ή/και μαρμαρόσκονη, από τις κοκκομετρίες των υλικών αυτών με την βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή. Υιοθετήθηκε γραφικό κριτήριο κοκκομετρικής διαβάθμισης κατασκευάστριας εταιρίας μηχανημάτων διαμόρφωσης δομικών στοιχείων, και επελέγησαν για παρασκευή τα μίγματα βέλτιστης κοκκομετρικής συναρμογής (granular packing). Η βέλτιστη ποσότητα προστιθέμενου νερού προσδιορίστηκε, σύμφωνα με τα ευρήματα της εκτενούς φάσης διερεύνησης, σαν η ποσότητα για την οποία παρατηρήθηκε ελάχιστη ανέξοδος νερού από την μήτρα κατά 6

7 την συμπύκνωση (κορεσμός πορώδους για την δεδομένη πίεση). Οι μηχανικές αντοχές και η υδατοαπορρόφηση παρουσιάζονται ικανοποιητικές. Στην προσπάθεια απορρόφησης όσο το δυνατόν περισσότερου παραπροϊόντος (βλ. παιπάλη), ευνοείται η λύση του αναμίγματος 15.79Σ43.33Λ/Α10.30, για την παρασκευή κυβολίθων και στοιχείων διάστρωσης εξωτερικού χώρου. Για χρήση εσωτερικών χώρων προτείνεται η διερεύνηση χρήσης λεπτομερών ορυκτών (π.χ. silica fume) ή οργανικών (π.χ. οργανικά ελαστομερή) υπερλεπτομερών πληρωτικών μέσων που διατίθενται στην αγορά δομικών υλικών για την παρασκευή ειδικών κονιαμάτων ή υπερισχυρών σκυροδεμάτων. Ο δεύτερος παραγοντικός σχεδιασμός πειραμάτων αφορούσε στην τεχνική παρασκευής πλαστικών μαζών με ανάμιξη τσιμέντου και ασβεστολιθικής παιπάλης και η διαμόρφωση δομικών στοιχείων με τεχνικές εξώθησης (Galetakis, Leventakis & Alevizos, 2009). Στη διερευνητική φάση του σχεδιασμού δοκιμάστηκε κατ αρχήν η παρασκευή αναμίγματος τσιμέντου και ασβεστολιθικής παιπάλης που να επιδεικνύει ικανοποιητικές ιδιότητες συνοχής, πλαστικότητας και συνολικής εργασιμότητας, ώστε να καθιστά δυνατή τη μετέπειτα εξώθησή της. Κρίθηκε απαραίτητη η χρήση χημικών πρόσμικτων σκυροδέματος, τόσο για την μείωση του νερού και την αύξηση των μηχανικών αντοχών, όσο και για την επίτευξη πλαστικής συμπεριφοράς από τα μίγματα. Οι μηχανικές ιδιότητες των σκληρημένων δοκιμίων ήταν ιδιαίτερα φτωχές, έγινε όμως εμφανές πως έπρεπε να προσδιοριστούν τα πρότυπα ποσοστά συμμετοχής τόσο του νερού, όσο και των χημικών πρόσμικτων στα μίγματα. Αυτό υπαγορεύτηκε από την άμεση επίδραση που έχει η αύξηση του λόγου Νερού/Τσιμέντο στην αντοχή σε μονοαξονική θλίψη, κάτι που είναι ευρέως γνωστό από την τεχνολογία σκυροδέματος. Το ποσοστό συμμετοχής των πρόσμικτων σκυροδέματος αποδείχθηκε πως δεν επηρεάζει μόνον την ιξώδη συμπεριφορά της πλαστικής μάζας, κατά την φάση της επεξεργασίας, αλλά και την τελική αντοχή. Αυτό συμβαίνει λόγω της μείωσης του περιεχόμενου νερού που επιτρέπει η δράση του υπερευστοποιητή αλλά και την καλύτερη ομογενοποίηση και ισότροπη συμπεριφορά της πλαστικής μάζας που επιφέρει η χρήση του πλαστικοποιητή. Κατά την εκτενή φάση διερεύνησης, τα πρόσμικτα σκυροδέματος δοκιμαστήκαν σε δύο επίπεδα δοσολογίας. Από τον εργαστηριακό έλεγχο των σκληρημένων δοκιμίων που παρασκευάστηκαν έγινε άμεσα αντιληπτό πως η χρήση και των δυο 7

8 πρόσμικτων στο μέγιστο επίπεδο δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα και κατά συνέπεια υιοθετήθηκε για τη συνέχεια. Με δεδομένο όμως πως η αλλαγή του ποσοστού συμμετοχής του νερού έχει άμεσο αντίκτυπο στις τελικές αντοχές του αναμίγματος, λόγω αύξησης του λόγου νερού/τσιμέντου, αποφασίστηκε να προεπιλεγεί μια «πρότυπη» πλαστικότητα η οποία να μπορεί να προσδιορισθεί ποσοτικά και με την σειρά της να προσδιορίσει το ιδανικό ποσοστό νερού για την παρασκευή μιας τέτοιας πλαστικής μάζας. Στη τελική φάση επιλέγη σαν αποδεκτή τιμή εργασιμότητας/πλαστικότητας η τιμή 2 της δοκιμής Pfeffer-Korn. Η τιμή αυτή είναι κοινώς αποδεκτή για την επεξεργασίας κεραμικών μαζών από τις συνήθεις μηχανές εξώθησης. Όμως η παρουσία του τσιμέντου που καθιστά χρονικά πιεστική την επεξεργασία των δοκιμίων δεν επέτρεπε μια τόσο χρονοβόρα δοκιμή πλαστικότητας. Επελέγη λοιπόν αντ αυτής η ευρέως δεδομένη στην βιομηχανία του τσιμέντου δοκιμή Vicat. Επειδή στην περιοχή πλαστικότητας του Pfeffer-Korn=2 η δοκιμή Normal Concistency Vicat Test (ASTM C ), δεν έδινε αποτελέσματα, λόγω αδυναμίας εισχώρησης του κυλινδρικού άκρου της συσκευής στα τσιμεντοειδή κονιάματα, αυτό αντικαταστάθηκε από το κωνικό άκρο εισχώρησης της δοκιμής DIN 1168 για τον προσδιορισμό χρόνου πήξης γυψοκονιαμάτων. Η πρωτότυπη αυτή δοκιμή (Μεταποιημένη Δοκιμή Πλαστικότητας Vicat, Modified Vicat Plasticity test ή MVP test), όπως διαμορφώθηκε, έκανε δυνατή την ποσοτικοποίηση της πλαστικότητας/εργασιμότητας των παρασκευαζομένων μιγμάτων. Στη συνέχεια παρασκευάστηκε πρότυπη αργιλική μάζα γνωστής σύστασης και συμπεριφοράς, η οποία με την προσθήκη δεδομένης υγρασίας έδινε τιμή κατά την δοκιμή Pfeffer-Korn ίση με 2. Με την βοήθεια της κεραμικής μάζας που παρασκευάστηκε με αυτόν τον τρόπο έγινε δυνατό να προσδιορισθεί η τιμή εισχώρησης Vicat (MVP test) για λόγο Pfeffer-Korn ίσο με 2. Η τιμή αυτή μετρήθηκε ίση με 10,2mm. Ακολούθησε η κατασκευή νομογράμματος για την περιγραφή της μεταβολής της πλαστικότητας (MVP test) μιγμάτων με τέσσερις περιεκτικότητες σε τσιμέντο (15, 20, 30 και 45%) με την μεταβολή της περιεχόμενης υγρασίας. Η συμπεριφορά των μιγμάτων στην περιοχή πλαστικότητας που ενδιέφερε αποδείχθηκε γραμμική. Από τα σημεία τομής των ευθειών μεταβολής της πλαστικότητας με την περιεχόμενη υγρασία, με την ευθεία MVP test value=10.2mm (η οποία αντιστοιχεί σε τιμή Pfeffer- 8

9 Korn=2) προσδιορίστηκε η ποσοστιαία προσθήκη νερού που θεωρείτε πρότυπη για μηχανές εξώθησης της κεραμικής βιομηχανίας. Χρησιμοποιώντας μέγιστες κατά τον κατασκευαστή δοσολογίες υπερρευστοποιητή και πλαστικοιητή, έγινε δυνατή η παραγωγή πλαστικών τσιμεντοειδών αναμιγμάτων με ικανοποιητικές ιδιότητες σκληρημένου προϊόντος. Ευνοϊκότερες εμφανίζονται οι συνθέσεις 30% και 45% σε τσιμέντο, αν και ανάλογα την χρήση μπορεί να καθίστανται ικανοποιητικές και χαμηλότερες τιμές αντοχών, άρα και περιεκτικότητες σε τσιμέντο. Προτείνεται η χρήση εξωθητήρα κενού ο οποίος θα μείωνε σημαντικά το πορώδες του τελικού προϊόντος με προφανή αποτελέσματα στην μηχανικές ιδιότητες των παρασκευαζομένων δομικών στοιχείων. Οι τιμές υδατοαπορρόφησης θα μπορούσαν να υποβιβαστούν περαιτέρω με την προσθήκη στην υγρή φάση του μίγματος στεγανωτικού μάζας από την αγορά χημικών πρόσμικτων σκυροδέματος. Οι συνθέσεις 30ΠΜ(Μ/Μ)Ε17.46 και 45ΠΜ(Μ/Μ)Ε16.88 κρίνονται ικανές να βρούν εμπορική εφαρμογή για την παραγωγή εμφανών διακοσμητικών στοιχείων με πολύπλοκη γεωμετρία, καθώς και φέροντων δομικών στοιχείων, δεδομένης της υψηλής μηχανικής αντοχής τους. Ακολούθησε δοκιμή τεχνητής γήρανσης των πλέον υποσχόμενων συνθέσεων που παρασκευάστηκαν. Σχεδιάστηκε ειδικό προφίλ ψύξης/θέρμανσης το οποίο να ανταποκρίνεται στις κλιματικές αλλαγές της Κρήτης, βασισμένο στο πρότυπο ΕΝ Για σύγκριση της συμπεριφοράς των συνθέσεων με αντίστοιχο φυσικό δομικό υλικό παρόμοιας υφής και χρήσης, μεταξύ των δοκιμίων τοποθετήθηκαν και δοκίμια μικριτικού ασβεστολίθου («Αλφόπετρα Ρεθύμνου»), υλικό που χρησιμοποιείται ευρύτατα ως φυσικός δομικός λίθος. Συμπερασματικά: Τα δοκίμια που παρασκευάστηκαν με συμπίεση σε υψηλή πίεση (κωδικός 15.79Σ43.33Λ/Α10.20 ) παρουσιάζουν διαφορετική συμπεριφορά κατά τη δοκιμή σε σχέση με τα υπόλοιπα και την αλφόπετρα, αφού αυξάνουν το βάρος τους με σχετικά υψηλότερο ρυθμό. Το γεγονός σχετίζεται με το πολύ μικρότερο λόγο νερού/τσιμέντου που χρησιμοποιήθηκε στην τεχνική αυτή που σε συνδυασμό με την πολύ υψηλή συμπίεση αυξάνουν πολύ το χρόνο ωρίμανσης του δοκιμίου. Τα δοκίμια που παρασκευάστηκαν με τη διαδικασία της δημιουργίας πλαστικών μαζών (κωδικοί 45ΠΜ(Μ/Μ)Ε16.88 και 30ΠΜ(Μ/Μ)Ε17.46 ) 9

10 αύξησαν την αντοχή τους (ιδιαίτερα στη σύνθεση με το υψηλό ποσοστό τσιμέντου) σε μονοαξονική θλίψη λόγω ωρίμανσης ενώ η διαδικασία της γήρανσης δεν φάνηκε στους 25 κύκλους να επηρεάζει καθόλου τις μηχανικές τους ιδιότητες. Η υδατοαπορρόφηση παρέμεινε και αυτή στα ίδια επίπεδα. Μετά την συμπλήρωση των 25 κύκλων που αναφέρονται βιβλιογραφικά ως ο ελάχιστος προτεινόμενος αριθμός για έλεγχο, δεν παρατηρείται υποβιβασμός των κύριων φυσικομηχανικών ιδιοτήτων των δοκιμίων που ελέγχθηκαν. Οι παρατηρούμενες αλλαγές του βάρους και των αντοχών βιβλιογραφικά αποδίδονται στην δημιουργία δευτερογενών φάσεων αλάτων, εντός των πόρων, αλλά και στην εξέλιξη, σε περίσσεια ύδατος, των αντιδράσεων ενυδάτωσης της φάσης του τσιμέντου, η οποίες δεν είχαν τερματιστεί μετά την συμβατική περίοδο ωρίμανσης των 28 ημερών. Η παρούσα εργασία ολοκληρώθηκε με την σύνταξη πρώιμης οικονομοτεχνικής μελέτης για τις τρεις προαναφερθείσες συνθέσεις. Αυτή κατέδειξε ότι τα προτεινόμενα προς παραγωγή προϊόντα, κυβόλιθοι, πλάκες δαπεδόστρωσης, τούβλα με εξώθηση για εσωτερική τοιχοποιία και τούβλα διακοσμητικά με εξώθηση για εξωτερική τοιχοποιία μπορούν να παραχθούν με σημαντικά ανταγωνιστικό κόστος. 10

11 Πρόλογος Θα ήθελα πρώτα από όλους να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Μιχάλη Γαλετάκη για την εμπιστοσύνη που έδειξε στο άτομό μου, την αμέριστη συμπαράστασή του, την πίστη στις κατά καιρούς ιδέες μου και την υπομονή που έδειξε στις προσωπικές μου δυσχερείς συγκυρίες. κ. Μιχάλη ευχαριστώ. Τους επιβλέποντες καθηγητές κ.κ. Ζ. Αγιουτάντη και Β. Περδικάτση για τις παρατηρήσεις και διορθώσεις τους στο κείμενο της παρούσας διατριβής. Την επισκέπτρια ερευνήτρια Alba Scioti από το πολυτεχνείο του Bari, για την βοήθειά της στην κοκκομετρική διερεύνηση βέλτιστων αναλογιών των συνθέσεων των δοκιμίων διαμόρφωσης υπό πίεση. Την τότε επί πτυχίω φοιτήτρια και σήμερα Μηχανικό Ορυκτών Πόρων Σοφία Ασπρούδη για την βοήθεια της στον προσδιορισμό φυσικών ιδιοτήτων της παιπάλης. Τα εργαστήρια περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ, εμπλουτισμού μεταλλευμάτων, μηχανικής πετρωμάτων για την αγόγγυστη βοήθεια που προσέφεραν με τον εξοπλισμό αλλά και την εμπειρία τους. Την εταιρεία ΑΣΦΑΛΤΙΚΗ ΑΕ, για την άψογη συνεργασία της, το ασυνήθιστο για ελληνική επιχείρηση νεωτεριστικό της πνεύμα και την εμπιστοσύνη που έδειξε στο άτομό μου. 11

12 Περιεχόμενα Εισαγωγή ΤΑ ΥΠΕΡΛΕΠΤΟΜΕΡΗ ΠΑΡΑΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΗΣ ΛΑΤΟΜΙΚΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ Φύση και έκταση του προβλήματος Λύσεις που έχουν προταθεί διεθνώς για την αξιοποίηση των λεπτομερών λατομικών παραπροϊόντων Χρήση των λεπτομερών στον τομέα των κατασκευών ανταγωνισμός με άλλα υλικά Αποκατάσταση χώρων λατομείων Χαλαρά υλικά για επιχώσεις σε έργα οδοποιίας και θεμελιώσεων Εφαρμογές χαλαρών λεπτόκοκκων λατομικών υλικών στη διαμόρφωση τοπίου Εφαρμογές λεπτομερών λατομικών προϊόντων ως συστατικό σε ασφαλτοσκυροδέματα και σε άλλα υλικά οδοποιίας Λεπτομερή που χρησιμοποιούνται ως αδρανή στο σκυρόδεμα Λεπτομερή για παραγωγή συνθετικών και ελαφροβαρών αδρανών Λεπτομερή που χρησιμοποιούνται ως αδρανή σε τούβλα και άλλα δομικά στοιχεία (block) ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ ΚΑΙ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΠΡΩΤΗΣ ΥΛΗΣ Εισαγωγή Δειγματοληψία Λευκή (ξηρή) παιπάλη Μαύρη παιπάλη Φαιά παιπάλη Μετρήσεις φυσικομηχανικών ιδιοτήτων Μετρήσεις της αεροπερατότητας κατά Blaine Μετρήσεις της φαινόμενης πυκνότητας Αναλύσεις παιπάλης για κοκκομετρία με laser Αναλύσεις παιπάλης για μορφολογία κόκκων με οπτική και ηλεκτρονική μικροσκοπία Χημικές αναλύσεις Ορυκτολογικές αναλύσεις Θερμοβαρυτομετρικές αναλύσεις Επεξεργασία και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΣΥΝΘΕΣΕΩΝ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Πειραματικός σχεδιασμός συνθέσεων δοκιμίων παιπάλης/τσιμέντου Διαμόρφωση δοκιμίων παιπάλης/τσιμέντου υπό πίεση Διερευνητική φάση Εκτενής φάση Τελική φάση Διαμόρφωση δοκιμίων με εξώθηση μιγμάτων παιπάλης/τσιμέντου Διερευνητική φάση Εκτενής φάση Τελική φάση Προσδιορισμός αντοχής σε τεχνητή γήρανση Εργαστηριακός εξοπλισμός - Διαδικασία μέτρησης Αξιολόγηση αποτελεσμάτων ΠΡΟΚΑΤΑΡΚΤΙΚΗ ΟΙΚΟΝΟΜΟΤΕΧΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ ΤΗΣ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΙΚΗΣ ΠΑΙΠΑΛΗΣ Προτεινόμενη χρήση: Δαπεδόστρωση υψηλής αντοχής - χαμηλής υδατοαπορρόφησης (προϊόν προς παραγωγή: κυβόλιθοι)

13 4.2 Προτεινόμενη χρήση: Δαπεδόστρωση υψηλής αντοχής - χαμηλής υδατοαπορρόφησης (προϊόν προς παραγωγή: πλάκες εξωτερικής διάστρωσης) Προτεινόμενη χρήση: Εμφανής φέρουσα εσωτερική τοιχοποιία (προϊόν προς παραγωγή: τούβλα εξωθούμενα με 30% τσιμέντο) Προτεινόμενη χρήση: Εμφανής φέρουσα εξωτερική τοιχοποιία (προϊόν προς παραγωγή: τούβλα εξωθούμενα, 45% τσιμέντο) ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ

14 Εισαγωγή Αναζητώντας μια εφικτή για τα ελληνικά δεδομένα λύση, στο πρόβλημα της συσσώρευσης της ασβεστολιθικής παιπάλης, που παράγεται από τα λατομεία εξόρυξης αδρανών υλικών, έγινε αρχικά μια εκτενής βιβλιογραφική έρευνα για τις διεθνώς προτεινόμενες μεθόδους διαχείρισης του παραπροϊόντος αυτού. Ως πλέον υποσχόμενη λύση για την αξιοποίηση του παραπροϊόντος αυτού εκτιμήθηκε η χρήση του για την παραγωγή ειδικών δομικών στοιχείων. Η απόφαση αυτή στηρίχθηκε στο γεγονός πως τα λατομεία αδρανών υλικών αποτελούν στην Ελλάδα μέλος του κατασκευαστικού τομέα και η αγορά των δομικών υλικών είναι άμεσα συνδεδεμένη με την κατασκευαστική δραστηριότητα. Έτσι, δομικά προϊόντα παραγόμενα από την ανακύκλωση της ασβεστολιθικής παιπάλης μέσα στους χώρους των επιχειρήσεων παραγωγής ή/και χρήσης των αδρανών υλικών (λατομεία, επιχειρήσης παραγωγής και εμπορίας ετοίμου σκυροδέματος ή/και ασφαλτομίγματος), θα παρουσίαζαν χαμηλότερο κόστος, θα βασίζονταν σε υπάρχουσα τεχνογνωσία και εξοπλισμό και θα διατίθεντο στην αγορά που ήδη δραστηριοποιούνται οι επιχειρήσεις αυτές. Αρχικά κρίθηκε απαραίτητος ο χαρακτηρισμός του λεπτομερούς υλικού με την διεξαγωγή εκτενούς προγράμματος εργαστηριακών ελέγχων, που είχαν σαν στόχο τον προσδιορισμό των κρίσιμων παραμέτρων για την περαιτέρω χρήση του υλικού, το εύρος διακύμανσης των ιδιοτήτων αυτών στην μάζα της συσσωρευόμενης παιπάλης, και πιθανές διακριτές ποιότητες που παράγονται σε όλη την βιομηχανική περιοχή του Ηρακλείου. Η ταυτοποίηση του υλικού οδήγησε στην επιλογή δύο τεχνολογιών παραγωγής δομικών στοιχείων, με κυρίαρχο συστατικό το λεπτομερές ασβεστολιθικό παραπροϊόν: την διαμόρφωση δομικών στοιχείων με την συμπίεση ύφυγρων μιγμάτων τσιμέντου παιπάλης, τεχνολογία που χρησιμοποιείται διεθνώς με άλλες όμως πρώτες ύλες και την διαμόρφωση δομικών στοιχείων με εξώθηση αναμιγμάτων τσιμέντου παιπάλης και κατάλληλων χημικών πρόσμικτων σκυροδέματος. Οι παραπάνω διερευνηθείσες τεχνολογίες καθόρισαν και τον γενικότερο σχεδιασμό της πειραματικής διερεύνησης. H κάθε τεχνολογία διερευνήθηκε σε τρεις φάσεις: στην διερευνητική φάση, όπου προσδιορίσθηκαν οι παράμετροι σχεδιασμού και ελέγχου (ή απόκρισης) της διεργασίας διαμόρφωσης, στην εκτενή φάση, όπου προσδιορίσθηκε το πεδίο τιμών των παραπάνω παραμέτρων εντός του οποίου θα 14

15 αναζητούνταν η βελτιστοποίηση του παραγόμενου προϊόντος και στην τελική φάση, όπου έγινε πύκνωση των πειραματικών δοκιμών για την ανάδειξη της βέλτιστης σύνθεσης και διαδικασιών παραγωγής. Σε κάθε φάση της πειραματικής διερεύνησης προσδιορίζονταν οι συσχετίσεις των παραμέτρων σχεδιασμού και απόκρισης του συστήματος και καθορίζονταν το επόμενο πειραματικό στάδιο. Στόχος της διαδικασίας αυτής ήταν η πειραματική παραγωγή δομικών στοιχείων, που να ικανοποιούν τις υπάρχουσες προδιαγραφές. Με τον σχεδιασμό έγινε δυνατή η παραγωγή στη τελική φάση μικρού αριθμού εργαστηριακών δοκιμίων που πέραν των συνήθων ελέγχων (αντοχή σε μονοαξονική θλίψη, κάμψη και υδατοαπορρόφηση) υποβλήθηκαν και σε δοκιμή τεχνητής γήρανσης κατάλληλα προσαρμοσμένης στις κλιματικές συνθήκες της Κρήτης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα φυσικομηχανικά χαρακτηριστικά των εργαστηριακά παραχθέντων δοκιμίων πληρούν τις προδιαγραφές που απαιτούνται για δομικά στοιχεία διαφόρων χρήσεων (διακοσμητικά, φέροντα κ.α.). Τέλος, για την διερεύνηση της οικονομικής βιωσιμότητας μιας τέτοιας επένδυσης στην σημερινή αγορά δομικών υλικών, συντάχθηκε προκαταρκτική οικονομοτεχνική μελέτη. 15

16 1. ΤΑ ΥΠΕΡΛΕΠΤΟΜΕΡΗ ΠΑΡΑΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΗΣ ΛΑΤΟΜΙΚΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 1.1 Φύση και έκταση του προβλήματος Στην βιομηχανία παραγωγής αδρανών υλικών και κατά τις διαδικασίες εξόρυξης, μεταφοράς και θραύσης, παράγονται μεγάλες ποσότητες λεπτομερών ασβεστολιθικών υλικών, κοινά αποκαλούμενες «ασβεστολιθική παιπάλη». Ιδιαίτερα κατά τις φάσεις θραύσης και κοσκίνησης μπορούν να απελευθερωθούν και να διασπαρούν στην ατμόσφαιρα ή τα επιφανειακά ύδατα λεπτομερή υλικά όπως η ιλύς και η παιπάλη θραύσης. Ιλύς αποκαλείται το λεπτομερές υλικό μεταξύ 2 και 60 μm που μειώνονται σε αυτό το μέγεθος με φυσικές διαδικασίες και βρίσκεται σε υπό εκμετάλλευση γεωλογικούς σχηματισμούς. Παιπάλη θραύσης αποκαλείται το λεπτομερές υλικό που παράγεται κατά τις διαδικασίες μείωσης μεγέθους του μητρικού πετρώματος. Στο σκυρόδεμα η παιπάλη συναντάται με την μορφή λεπτού επιστρώματος επί των χονδρομερών αδρανών, το οποίο παρεμβαίνει στον δεσμό μεταξύ του αδρανούς και υδραυλικής φάσης του τσιμέντου. Με βάση τον Κανονισμό Τεχνολογίας Σκυροδέματος ως παιπάλη ορίζεται το μέρος του αδρανούς που περνάει από το Αμερικάνικο πρότυπο κόσκινο Νο 200 (75μm) και προσδιορίζεται σύμφωνα με τη μέθοδο ΣΚ-305. Η παιπάλη της άμμου δεν πρέπει να υπερβαίνει το 16% του ξηρού βάρους της και η παιπάλη των πιο χονδρόκοκκων κλασμάτων («ρυζάκι», «γαρμπίλι», χαλίκι) δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1% του εν ξηρώ βάρους του. Για άοπλα σκυροδέματα χωρίς ειδικές απαιτήσεις επιτρέπεται παιπάλη στην άμμο μέχρι 20% του εν ξηρώ βάρους της. Η συσσώρευση των λεπτομερών παραπροϊόντων που προέρχονται από την παραγωγή αδρανών υλικών αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της βιομηχανίας των αδρανών. Τα προϊόντα αυτά, που σε μεγάλο ποσοστό παραμένουν ανεκμετάλλευτα, θα μπορούσαν να είναι σημαντική πηγή πρώτης ύλης για τον κατασκευαστικό τομέα. Η αξιοποίηση του λεπτομερούς υλικού είτε ως έχει υπό τη μορφή πληρωτικού είτε μετά από επεξεργασία του για την παρασκευή νέων προϊόντων, μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των αποθεμάτων ασβεστόλιθου 16

17 και κατά συνέπεια των λατομείων. Επιπλέον, απορρόφηση μεγάλων ποσοτήτων λεπτομερών θα έχει οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη λόγω μειωμένων εξόδων για απόθεση ή απόρριψη και πρόσθετων εσόδων από την πώληση των νέων προϊόντων. Το μέγεθος του προβλήματος που δημιουργούν τα λεπτομερή είναι χαρακτηριστικό στην Ελλάδα, όπου η παραγωγή αδρανών για το έτος 2008 υπολογίζεται στα 100 εκατομμύρια τόνους, εκ των οποίων εκατομμύρια τόνοι είναι τα λεπτομερή παραπροϊόντα (ποσοστό 10-15%) (Τζεφέρης, 2009). Λαμβάνοντας υπόψη και τους κανονισμούς που περιορίζουν ολοένα και περισσότερο το ποσοστό παιπάλης στα διάφορα προϊόντα όπου συμμετέχουν τα αδρανή, γίνεται αντιληπτή η ανάγκη για εξεύρεση λύσεων. Μέχρι σήμερα τα λεπτομερή ασβεστολιθικά προϊόντα έχουν περιορισμένη χρήση ως γεωργικά πρόσθετα ή πληρωτικά υλικά σε άλλους τομείς της βιομηχανίας. Η διεύρυνση των πεδίων χρήσης προϋποθέτει εκτενή μελέτη ώστε οι προτάσεις που θα προκύψουν να είναι τεχνικά και οικονομικά εφαρμόσιμες. Σε πολλές περιπτώσεις το κόστος μεταφοράς καθιστά απαγορευτική τη διάθεση της παιπάλης σε άλλες βιομηχανίες, ενώ σε κάποιες άλλες η επεξεργασία του υλικού ώστε να καταστεί σε μορφή κατάλληλη για να συμμετέχει σε ένα προϊόν είναι αρκετά δύσκολη ή αρκετά δαπανηρή. Πριν αναζητηθεί λοιπόν οποιαδήποτε λύση θα πρέπει να γίνει η αξιολόγηση των χαρακτηριστικών της παιπάλης ώστε οι ιδιότητες του υλικού να αποτελέσουν έναν αρχικό οδηγό για τους πιθανούς τομείς απορρόφησής του. Στη συνέχεια πρέπει να λαμβάνονται υπόψη παράγοντες όπως η γεωγραφική θέση του λατομείου και η ύπαρξη βιομηχανιών που να ενδιαφέρονται για το νέο προϊόν, η οικονομική απόκτηση και συντήρηση του εξοπλισμού που θα απαιτηθεί για να παραχθεί το νέο προϊόν και η ικανότητα του ανθρώπινου δυναμικού να το υλοποιήσει. Τέλος, πρέπει να ελεγχθούν διάφορες παράμετροι του προϊόντος που θα παραχθεί για να εντοπιστούν τυχόν ατέλειες ή παραλείψεις στη φάση που το προϊόν βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο. 17

18 1.2 Λύσεις που έχουν προταθεί διεθνώς για την αξιοποίηση των λεπτομερών λατομικών παραπροϊόντων Χρήση των λεπτομερών στον τομέα των κατασκευών ανταγωνισμός με άλλα υλικά Τα λεπτομερή προϊόντα χρησιμοποιούνται κυρίως στον κατασκευαστικό τομέα της βιομηχανίας, με αποτέλεσμα η ζήτηση να εξαρτάται άμεσα από την οικοδομική δραστηριότητα, τα έργα υποδομών (οδοποιία, λιμάνια, αεροδρόμια κ.α.) και άλλων συναφών δραστηριοτήτων. Ωστόσο, η πλήρης δυνατότητα χρήσης εναλλακτικών υλικών (δηλαδή άλλων από τα πρωτογενή αδρανή) στις κατασκευές δεν έχει ακόμη επιτευχθεί λόγω διαφόρων παραγόντων, όπως (i) η αβεβαιότητα σχετικά με τις φυσικές τους ιδιότητες και τον τρόπο με τον οποίο θα επιδράσουν στις ιδιότητες του τελικού προϊόντος, και (ii) ο κίνδυνος ρύπανσης του περιβάλλοντος (Hill et al., 2001). O Hill et al. έδειξε ότι τα εναλλακτικά υλικά, όπως τα απόβλητα των λατομείων, μπορούν να αποδώσουν το ίδιο καλά ή ακόμη και καλύτερα από τα συνήθη αδρανή που χρησιμοποιούνται για υποβάσεις δρόμων και επιχώσεις. Όπως υποστηρίχτηκε από τον Rockliff (1996), είναι σημαντικό η χρήση των αδρανών στις κατασκευές να κατευθύνεται από προδιαγραφές για την τελική απόδοση που μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα εύρος υλικών διαφορετικής προέλευσης. Σε τέτοιου είδους κατασκευές, η ικανότητα μιας επιχείρησης να διαθέσει τα λεπτομερή εξαρτάται από την τοπική ζήτηση και τον ανταγωνισμό με άλλα λατομεία με πρόσβαση στην ίδια αγορά. Λατομεία που απέχουν σημαντική απόσταση από βιομηχανικούς καταναλωτές μειονεκτούν οικονομικά. Σε αυτές τις περιπτώσεις, πρέπει να βρεθούν εναλλακτικές χρήσεις για τα λεπτομερή που δεν μπορούν να ανακυκλωθούν αλλά μπορούν να μειώσουν το κόστος μιας διαδικασίας και να αποφέρουν έσοδα. Μια πιθανή εφαρμογή είναι η ανάπτυξη υλικών για την αποκατάσταση εδαφών, ή σε συνεργασία με αγρότες της περιοχής, ιδιαίτερα για λατομεία σε περιοχές με περιορισμούς λόγω μορφολογίας. Η επέκταση της χρήσης των λεπτομερών στην αγορά, πιθανότατα χαλαρώνοντας τις προδιαγραφές και τα πρότυπα στη βιομηχανία των κατασκευών, θα σημάνει αυτόματα μείωση της συμμετοχής στην αγορά των πρωτογενών αδρανών. Και ενώ κάτι τέτοιο συνεπάγεται περιβαλλοντικά οφέλη, δεν αποτελεί ελκυστική προοπτική για τους παραγωγούς αδρανών. Άλλα υλικά που ανταγωνίζονται με τα λεπτομερή 18

19 στον κατασκευαστικό τομέα είναι ανακυκλωμένα υλικά από απόβλητα κατασκευών και κατεδαφίσεων. Πιθανότατα τα λεπτομερή των λατομείων να είναι καλύτερης ποιότητας (ως προς τη σταθερότητα στη σύσταση, τις φυσικές ιδιότητες και τη διαθεσιμότητα) από τα ανακυκλωμένα απόβλητα και για τον λόγο αυτό έχουν αυστηρότερες προδιαγραφές Αποκατάσταση χώρων λατομείων Η αποκατάσταση χώρων λατομείων αποτελεί ίσως την περισσότερο οικονομικά βιώσιμη λύση για τη χρήση αποβλήτων από υπερλεπτομερή (Harrison, 2003). Οι Fraser και McBride (2002) παρουσίασαν μια μελέτη σχετικά με τις ιδιαίτερες γεωτεχνικές ιδιότητες των λεπτομερών όταν χρησιμοποιούνται ως υλικό για επιχώσεις σε λατομεία δολομίτη. Λεπτομερή μετά από διαβροχή (pond fines) χρησιμοποιήθηκαν στην κατασκευή επικλινούς αναχώματος στη βάση της κάθετης περιμέτρου των τοίχων του λατομείου. Βρέθηκε ότι αύξηση της πυκνότητας επί ξηρού κατά 0.1 g/cm 3 πάνω από τη μέση πυκνότητα που μετρήθηκε επί τόπου, δεν βελτιώνει αρκετά τους συντελεστές ασφάλειας για την ευστάθεια των πρανών ώστε να εξασφαλιστεί αυξημένη μηχανική συμπύκνωση των λεπτομερών κατά τη διάρκεια της κατασκευής του αναχώματος. Ο Huffman (2001) παρουσίασε μια μελέτη της προσέγγισης που γίνεται στην επίλυση του προβλήματος των λεπτομερών στο λατομείο ασβεστόλιθου SRM Tarrant στην Αλαμπάμα. Το πρόβλημα των λεπτομερών ήταν ιδιαίτερα οξύ για το συγκεκριμένο λατομείο σε μια μητροπολιτική περιοχή καθώς είχε περιορισμούς χώρου. Αξιόλογα αποθέματα πετρώματος έγιναν απρόσιτα έως ότου απομακρύνονταν τα τέλματα απόθεσης των λεπτομερών. Οκτώ χρήσεις αυτών των λεπτομερών προσδιορίστηκαν και σε έξι από αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκαν σε εμπορική βάση. Μέσα σε 1.5 έτος απομακρύνθηκαν από το λατομείο περίπου τόνοι ασβεστολιθικής λάσπης από τα τέλματα και χρησιμοποιήθηκαν κυρίως ως ειδικά εδαφικά καλύμματα ή στρώματα φιλτραρίσματος σε ΧΥΤΑ της περιοχής. Οι ιδιότητες των υλικών αυτών ήταν συγκρίσιμες, ή και ανώτερες πολλές φορές, από εκείνες τοπικών εδαφών που χρησιμοποιούνταν γενικότερα ως πληρωτικά. Η έρευνα έδειξε ότι οι λάσπες ασβεστολιθικής σύστασης φαίνεται να είναι κατάλληλες να χρησιμοποιηθούν για έλεγχο της διάβρωσης σε περιπτώσεις όξινης απορροής λατομείων. 19

20 Από την παραπάνω μελέτη συμπεραίνεται ότι τόσο ο οικονομικός τομέας όσο και οι τομείς της εκπαίδευσης και της έρευνας ήταν εξίσου σημαντικοί. Η καλή επικοινωνία και η υποστήριξη ήταν απαραίτητες για την εύκολη και ικανοποιητική εξυπηρέτηση του πελάτη, καθώς τα υλικά αυτά δεν είναι ένα συνηθισμένο προϊόν της αγοράς. Απαραίτητη θεωρήθηκε η γνώση των περιορισμών που συνοδεύουν τα λεπτομερή (μηχανικές ιδιότητες, υγρασία, σταθερότητα και κόστος διαχείρισης και μεταφοράς), καθώς και η ανάγκη για εκπαίδευση των μηχανικών σχετικά με τη διαχείριση των υλικών αυτών. Επίσης, στον τομέα της αποκατάστασης μπορούν να συμπεριληφθούν κάποιες, μάλλον ειδικές αλλά εν δυνάμει σημαντικές, χρήσεις των λεπτομερών που προκύπτουν ως απόβλητα λατομικών διαδικασιών: Ο Amaratunga (1991) περιγράφει πως μπορεί να επιτευχθεί η συσσωμάτωση των λεπτομερών χρησιμοποιώντας κάποιο συνδετικό (όπως τσιμέντο, ασβέστη ή σκωρία από καμίνους σιδήρου) σε έναν δισκοειδή ή τυμπανοειδή συσσωματοποιητή. Αυτή η διαδικασία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη διάθεση δραστικών, μη ασφαλών για το περιβάλλον λεπτομερών (στη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν υπολείμματα χαλκού και νικελίου). Πιθανές εναλλακτικές τεχνικές συσσωμάτωσης είναι η πίεση, η μπρικετοποίηση και η συσσωμάτωση με διαδικασίες συμπίεσης και εξώθησης. Με παρόμοια μοντέλα ο Marabini et al (1998) περιγράφει μια μέθοδο για παραγωγή κεραμικών καθώς και μονωτικών υλικών όπως υαλοβάμβακα και πετροβάμβακα (glass- and rock-wool fiber) από έναν συνδυασμό βιομηχανικών, μεταλλευτικών και λατομικών αποβλήτων (χρησιμοποιείται βασάλτης και σερπεντίνης, καθώς η χημική σύσταση είναι σημαντική για την εφαρμογή αυτή). Ο σκοπός της εργασίας αυτής είναι να δημιουργήσει νέα υλικά που να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ή να αποτεθούν χωρίς να υπάρχει κίνδυνος για το περιβάλλον από βαρέα μέταλλα που υπάρχουν σε κάποιες πρώτες ύλες (αδρανοποίηση βαρέων τοξικών μετάλλων). Προτεινόμενες χρήσεις για τα κεραμικά είναι: πεζοδρόμια, αδρανή και θερμομονωτικά υλικά. Ο πετροβάμβακας προτείνεται για την αντικατάσταση του αμιάντου και σε όλα τα προϊόντα τα ενισχυμένα με ίνες Χαλαρά υλικά για επιχώσεις σε έργα οδοποιίας και θεμελιώσεων Μια ευρεία χρήση των λατομικών λεπτομερών είναι ως υλικά επιχώσεων, που χρησιμοποιούνται κυρίως για έργα οδοποιίας (υποβάσεις δρόμων) συμπεριλαμβανομένων και των δρόμων μεταφοράς εντός των λατομείων. 20

21 Άρθρο του Touahamia et al. (2002) δείχνει ότι τα λατομικά λεπτομερή μπορεί να υποκαταστήσουν τα αδρανή υπόβασης για δρόμους και σιδηροδρομικές γραμμές, κλπ. Σε ξεχωριστές δοκιμές ξηρά λατομικά απόβλητα, μπάζα οικοδομών και θραυσμένο σκυρόδεμα συμπυκνώθηκαν σε στρώματα διαχωρισμένα με γεωυφάσματα. Οι αντοχές τους συγκρίθηκαν με θραυσμένο βασάλτη αντιπροσωπεύοντας ένα παραδοσιακό αδρανές. Τα λατομικά απόβλητα είχαν πολύ μικρότερη κατανομή μεγέθους σωματιδίων από άλλα υλικά (<5mm σε αντίθεση με τα <13mm). Από τη μελέτη προέκυψε ότι η παρουσία γεωσυνθετικής ενίσχυσης αυξάνει κατά πολύ τη διατμητική αντοχή (έως 50%) και την πλευρική παραμόρφωση (restrained deformation). Ο Parker, σε άρθρο του σε συνέδριο του International Center of Aggregate Research, των University of Texas και Texas A&M University (ICAR, 1996), αναφέρεται σε παρόμοια μελέτη που ερευνά τα πλεονεκτήματα των λεπτομερών που προκύπτουν από τα θραυστά πετρώματα για σταθεροποίηση πρανών. Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν ήταν υπολείμματα γρανίτη από κοσκίνιση (granite screenings), ασβεστολιθική ιλύς τελμάτων και λατομική άμμος και μελετήθηκαν ως προς την αντοχή, τη διαπερατότητα και τις χημικές ιδιότητες. Κατασκευάστηκε ένα γεωύφασμα ύψους 4m με ίνες για τη σταθεροποίηση τοίχου, λαμβάνοντας υπόψη τις παραπάνω ιδιότητες και βρέθηκε ότι με τα λεπτομερή από θραυστό πέτρωμα απαιτείται λιγότερη ενίσχυση με ίνες από ότι με τη φυσική άμμο, με συνέπεια μειωμένο κόστος. Οι Graves και Little σε άρθρο από τους στο ίδιο συνέδριο περιγράφουν τον τρόπο που τα ασβεστολιθικά αδρανή υπόβασης μπορούν να ενισχυθούν με την προσθήκη ανθρακικών λεπτομερών. Εργαστηριακές δοκιμές και δοκιμές πεδίου διεξήχθησαν στο Τέξας και στην Φλόριντα. Τα λεπτομερή ανέπτυξαν επιπλέον αντοχή, μέσω μιας διαδικασίας τσιμεντοποίησης, που μπορεί να επαυξηθεί με την προσθήκη υδροξειδίου του ασβεστίου στο μίγμα. Το κατά πόσο θα αυξηθεί η αντοχή εξαρτάται από την ορυκτολογία του ασβεστόλιθου και των λεπτομερών που χρησιμοποιούνται. Μια άλλη μελέτη αφορά στην κατασκευή ενός δοκιμαστικού δρόμου από λατομικά απόβλητα (Rezende and Carvalho, 2003). Ο πειραματικός αυτός δρόμος, που είχε μήκος 80m και πλάτος 10m, κατασκευάστηκε και δοκιμάστηκε για περίοδο 3 ετών με χρήση όχι πολύ συχνή. Λατομικά απόβλητα με μέγεθος κόκκων 100mm χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή ενός στρώματος βάσης πάχους 20cm, το οποίο 21

22 καλύφθηκε από μια επιφάνεια πάχους 3cm. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν ότι τα λατομικά απόβλητα μπορούν να χρησιμοποιηθούν επιτυχώς ως υλικά βάσης ωστόσο αναφέρεται ότι η αντοχή και η ανθεκτικότητα της επιφάνειας καταστρέφονται από το νερό Εφαρμογές χαλαρών λεπτόκοκκων λατομικών υλικών στη διαμόρφωση τοπίου Τα λατομικά αδρανή μπορούν ακόμη να χρησιμοποιηθούν ως επίστρωση ή υλικό βάσης σε δρόμους, μονοπάτια κήπων και αυλές παίρνοντας τη θέση της άμμου. Στο διαδίκτυο υπάρχουν πολλές εταιρείες (κυρίως στις ΗΠΑ, στην Αυστραλία και στη Νέα Ζηλανδία) που πωλούν λατομικά λεπτομερή για τις χρήσεις αυτές. Τα διακοσμητικά αδρανή είναι ιδιαίτερα εμπορεύσιμα σε ξηρές περιοχές όπου είναι δύσκολο να διατηρηθεί το γκαζόν στους κήπους. Παραδείγματα εταιρειών αναφέρονται στη συνέχεια: Η landscape supplies company Nuway εμπορεύεται σκόνη από τον σπαστήρα ως υλικό πλήρωσης και συμπύκνωσης στην τιμή των AUS$39 το κυβικό μέτρο (Manning, 2004). Η Canterbury Landscape Supplies (NZ) εμπορεύεται σκόνη από τον σπαστήρα προς NZ$4.00 τα 25 λίτρα (Manning, 2004). Η Centenary landscaping supplies, στην Αυστραλία, χρεώνει AUS$48.40 το κυβικό μέτρο για λεπτομερή από σπαστήρα (Manning, 2004) Εφαρμογές λεπτομερών λατομικών προϊόντων ως συστατικό σε ασφαλτοσκυροδέματα και σε άλλα υλικά οδοποιίας. O Hill et al. (2001) υποστηρίζει ότι τα λεπτόκοκκα αδρανή είναι λιγότερο κατάλληλα σε σχέση με τα χονδρόκοκκα υλικά, όταν αφορά στην κατασκευή δρόμων, διότι δεν έχουν την απαιτούμενη αντοχή. Ωστόσο, είναι κατάλληλα για χρήση στην κατασκευή συνδετικών υλικών με βάση την άσφαλτο και άλλα υλικά οδοποιίας. Το ορυκτό πληρωτικό υλικό που χρησιμοποιείται σε θερμά ασφαλτικά μίγματα είναι γνωστό ότι παίζει σημαντικό ρόλο στην σκλήρυνση (stiffness) του συνδετικού, ενώ αύξηση στην ανθεκτικότητα και την αντίσταση σε ρωγμές (toughness and fracture resistance) εξαιτίας ορυκτών πληρωτικών δεν είναι αρκετά τεκμηριωμένη. Άρθρο που παρουσιάστηκε το 1996 στο συνέδριο ICAR (Anderson, 1996) προτείνει ότι η δοκιμή 22

23 Rigden test να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη της επίδρασης των λεπτομερών ορυκτών υλών στις μηχανικές ιδιότητες των θερμών ασφαλτομιγμάτων. Ένα άλλο άρθρο του συνεδρίου ICAR του 1999 αναφέρεται σε δοκιμές στη χρήση των λεπτομερών στην άσφαλτο (Collins, 1999). Νέα ανάμειξη των αδρανών σε συγκεκριμένες αναλογίες μπορεί να παράξει ασφαλτοσκυροδέματα με υψηλή αντοχή στη παραμόρφωση λόγω της πίεσης των ελαστικών από τα οχήματα. Ένα από τα συμπεράσματα που προέκυψαν ήταν ότι υψηλής συχνότητας κοσκίνιση των αδρανών και νέες στρατηγικές ανάμειξης μπορούν να μετατρέψουν τα επιπλέον ή απόβλητα λεπτομερή σε υλικό υψηλής απόδοσης και μεγάλης ζήτησης. Αποτελεσματικές δοκιμαστικές μέθοδοι πρέπει να αναπτυχθούν ώστε να προκύψουν καλύτερες και καταλληλότερες προδιαγραφές και πρότυπα. Έκθεση του ICAR (ICAR, 201-1) περιγράφει την έρευνα για τις ιδιότητες και την απόδοση των ασφαλτικών μιγμάτων σε αντιστοιχία με τις υπάρχουσες προδιαγραφές για το κονχώδες των λεπτομερών αδρανών, που περιλαμβάνουν αρκετούς περιορισμούς. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι περιορισμοί στις προδιαγραφές δεν είναι απαραίτητοι για τον έλεγχο της διαβάθμισης. Επίσης στις ΗΠΑ, η εταιρεία Luck Stone (Manning, 2004) ανέπτυξε και εμπορεύεται μια ποικιλία προϊόντων κάλυψης επιφανειών που φτιάχνονται από λεπτομερή, άμμο και συνδετικά. Περιλαμβάνονται επιφάνειες γηπέδων τένις και μπεϊζμπολ, μονοπάτια και ειδικά τμήματα σε γήπεδα γκολφ. Το επιφανειακό υλικό φτιάχνεται από τα λεπτομερή της κοσκίνισης και συνδετικό σε διάφορα χρώματα με διαφορετική σκληρότητα, ελαστικότητα, τριβή και άλλες ιδιότητες Λεπτομερή που χρησιμοποιούνται ως αδρανή στο σκυρόδεμα Στην περίπτωση του σκυροδέματος, η περιεκτικότητα σε λεπτομερή μπορεί να φτάνει το 40-50% και σε ορισμένες περιοχές να καταναλώνεται όλη η ποσότητα των λεπτομερών που παράγεται από τα τοπικά λατομεία. Τα έτοιμα μίγματα σκυροδέματος περιέχουν 30% λεπτομερή αδρανή, αποτελούμενα από ίσες ποσότητες λατομικών αδρανών (κυρίως ασβεστόλιθο) και άμμο. Οι ποσότητες λεπτομερών από ψαμμίτη και ιζηματογενή πετρώματα που χρησιμοποιούνται με αυτόν τον τρόπο είναι περιορισμένες, λόγω της υψηλής απαίτησης σε νερό η οποία δημιουργεί στη συνέχεια προβλήματα συρρίκνωσης, κλπ. Αυτά τα προβλήματα μπορούν να λυθούν μέσω της 23

24 χρήσης χημικών πρόσθετων, το κόστος των οποίων μπορεί υπό τις κατάλληλες συνθήκες να εξισορροπείται από το μειωμένο κόστος μεταφοράς. Τόσο η έντυπη βιβλιογραφία όσο και η βιβλιογραφία στο διαδίκτυο αναφέρουν πολλές μελέτες με λατομικά λεπτομερή απόβλητα που χρησιμοποιούνται ως αδρανή στο σκυρόδεμα, αντικατοπτρίζοντας το εύρος τόσο του ακαδημαϊκού όσο και του βιομηχανικού ενδιαφέροντος για τον συγκεκριμένο τομέα. Οι ερευνητές μελετούν τρόπους για να βελτιστοποιήσουν διάφορες ιδιότητες του σκυροδέματος στο οποίο χρησιμοποιούνται λεπτομερή, καθώς επίσης και τρόπους για να χαρακτηρίσουν τις βασικές ιδιότητες που ενισχύονται ή υποβαθμίζονται σε σχέση με το σκυρόδεμα που παράγεται από υψηλής ποιότητας πρωτογενή αδρανή. Επιπρόσθετη δουλειά εστιάζεται στον χαρακτηρισμό των λεπτομερών αδρανών για να προκύψουν προδιαγραφές που συνδέουν την απόδοσή τους μέσα σε προϊόντα από σκυρόδεμα. Ο χαρακτηρισμός περιλαμβάνει ανάλυση του σχήματος των κόκκων, διαβάθμιση των κόκκων και ορυκτολογική σύσταση. Στις επόμενες παραγράφους συνοψίζονται βασικά σημεία από τις προαναφερθείσες πηγές: Δοκιμές και ταξινόμηση των λεπτομερών για χρήση στο σκυρόδεμα Από το 1994 μέχρι σήμερα που διεξάγεται το συνέδριο ICAR, έχει σημειωθεί αύξηση στις ερευνητικές προσπάθειες προκειμένου να βρεθούν τρόποι χαρακτηρισμού, ελέγχου και εκτίμησης των ιδιοτήτων των αδρανών ώστε να μπορούν να προβλεφθούν οι ιδιότητες του σκυροδέματος (ή άλλων προϊόντων) που παρασκευάζονται με συμμετοχή των αδρανών. Πολλές από τις παραπάνω έρευνες αφορούν το κλάσμα που είναι μικρότερο από 75µm. Ο Hudson (2003) αναφέρει ότι είναι σχεδόν αδύνατο να προβλεφθεί η απόδοση των άμμων σκυροδέματος με τις συνηθισμένες ή τις παραδοσιακές μεθόδους χαρακτηρισμού αυτών των υλικών. Οι επιπτώσεις της ανάμειξης λατομικής άμμου με φυσική άμμο πρέπει να γίνουν πλήρως κατανοητές ώστε η θετική συνεισφορά και των δύο τύπων άμμου να μεγιστοποιηθεί. Τονίζει ότι «η βιομηχανία των αδρανών θα πρέπει να καταλάβει πως λειτουργούν τα προϊόντα της προκειμένου να τα χρησιμοποιήσει στο σκυρόδεμα και να ανταμειφθεί για το προϊόν με αξιόλογες τιμές». 24

25 Το ICAR έχει κάνει προσπάθειες να αναπτύξει το πλαίσιο για την ταξινόμηση της χρήσης των λεπτομερών αδρανών στο σκυρόδεμα (ICAR 101-2F). Ο στόχος αυτού του προγράμματος ήταν να εξετάσει τις μεθόδους και τις δοκιμές που χρησιμοποιήθηκαν στο παρελθόν για να χαρακτηρίσουν τις ιδιότητες των λεπτομερών και να αναπτύξουν, σε αρχικά στάδια, ένα πλαίσιο για χαρακτηρισμό και κατηγοριοποίηση των ιδιοτήτων των λεπτομερών αδρανών. Επιπρόσθετα, νέες μέθοδοι και δοκιμές προτάθηκαν που μπορούν να αποτελέσουν έναν οδηγό για τη χρήση των λεπτομερών αδρανών σε σκυροδέματα με τσιμέντο Portland. Ως πιθανές μελλοντικές κατευθύνσεις έρευνας θεωρούνται εφαρμογές όπως το υψηλής απόδοσης σκυρόδεμα και προϊόντα σκυροδέματος χαμηλής αντοχής αλλά με θερμομονωτικές ιδιότητες. Η ανάπτυξη προτύπων και ταξινόμησης για πρωτογενή υλικά κατασκευών είναι μια σημαντική περιοχή για κατάλληλη έρευνα και θέσπιση νέων προδιαγραφών. Πολύ παλιές ή ξεπερασμένες προδιαγραφές θα πρέπει να αλλάξουν ώστε να επιτραπεί η χρήση των λεγόμενων δευτερογενών υλικών όπου είναι απαραίτητο. Οι ακατάλληλες προδιαγραφές ή πρότυπα αποτελούν σημαντικό πρόβλημα στις ΗΠΑ, και υπάρχουν πολλά άρθρα του συνεδρίου ICAR που σχετίζονται με αυτό το θέμα. Για παράδειγμα, ένα πρόβλημα που προέκυψε είναι ότι οι προδιαγραφές έχουν συνταχθεί για χρήση φυσικής άμμου στο σκυρόδεμα και πλέον χρησιμοποιούνται σε πολλές πολιτείες και για την άμμο από θραυστό πέτρωμα. Στις φυσικές άμμους τα λεπτομερή που εμφανίζονται είναι συνήθως αργιλικά ορυκτά που μειώνουν την αντοχή του σκυροδέματος καθώς περιορίζουν το δεσμό μεταξύ αδρανών και τσιμεντοκονίας (Dukatz, 1995). Έτσι, προέκυψε ο περιορισμός για το ποσοστό των λεπτομερών υλικών που συμμετέχουν στο σκυρόδεμα. Όταν χρησιμοποιείται θραυστή άμμος, τα λεπτομερή δεν είναι κατά βάση αργιλικά. Μια χημική ανάλυση μπορεί να προσδιορίσει το ποσοστό των αργιλικών ορυκτών (π.χ. προσδιορισμός με τη μέθοδο του μπλε του μεθυλενίου). Ο Dumitru et al. (2001) αναφέρει τα αποτελέσματα της μελέτης μιας εναλλακτικής ή προαιρετικής μεθόδου για την εκτίμηση των λεπτομερών αδρανών στο συνέδριο ICAR του Το συμπέρασμα που προέκυψε είναι ότι ορυκτολογικές αναλύσεις (όπως η X-ray diffraction) θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για να επιβεβαιώσουν τη σύσταση των δευτερογενών ορυκτών και να προσδιορίσουν την ποσότητα των βλαβερών για κάποιες εφαρμογές ορυκτών (ειδικότερα ποσότητες αργιλικών 25

26 ορυκτών). Οι ορυκτολογικές αναλύσεις θα πρέπει να είναι μια εναλλακτική μέθοδος ως προς τη μέθοδο του μπλε του μεθυλενίου όταν πρόκειται για ποσοτικό προσδιορισμό αργιλικών ορυκτών σε λεπτομερή αδρανή. Έτσι, είναι δυνατό να διαφοροποιηθούν τα λατομικά λεπτομερή και να αρθεί η ανάγκη για περιορισμό του κλάσματος >75µm σε καλής ποιότητας θραυστή άμμο. Επιπλέον, βγήκε ως συμπέρασμα ότι η δοκιμή με τη μέθοδος κώνου κάθισης (ASTM C1252) θα πρέπει να τροποποιηθεί προκειμένου να αντισταθμιστεί η έλλειψη της μεθόδου, όπου μετρούνται δύο χαρακτηριστικά του υλικού χρησιμοποιώντας μία παράμετρο. Επίσης, προκειμένου να καλυφθεί ένα κενό μεταξύ των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων των λεπτομερών αδρανών και της πραγματικής τους απόδοσης στο σκυρόδεμα, παρουσιάζεται μια δοκιμή που βασίζεται στα κονιάματα ως μια αξιόπιστη και γρήγορη μικρής κλίμακας μέθοδος, για την αξιολόγηση της καταλληλότητας και της σχετικής απόδοσης των διάφορων λεπτομερών αδρανών που θα χρησιμοποιηθούν σε σκυρόδεμα. Η προσέγγιση του θέματος των λεπτομερών από την πολιτεία της Georgia μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μελέτη αναφοράς. Το 1997 η πολιτεία της Georgia άρχισε να επιτρέπει τη χρησιμοποίηση υψηλότερου ποσοστού λεπτομερών από θραυστά πετρώματα στην παραγωγή σκυροδέματος με τσιμέντο Portland (Watson, 1999). Η χαλάρωση των προδιαγραφών για τα λεπτομερή στην άμμο σκυροδέματος υιοθετήθηκε μετά από πιέσεις που άσκησε στο Υπουργείο Συγκοινωνιών μια επιτροπή από ερευνητές της βιομηχανίας, ακαδημαϊκούς και πολίτες, επιτροπή που συστήθηκε από την Georgia Crushed Stone Association (Machemal, 1997). Οι χρήσεις των λεπτομερών που προσδιορίστηκαν από την επιτροπή ήταν προσαρμοσμένες στις ανάγκες των παραγωγών αδρανών της Georgia. Αντίστοιχες επιτροπές μπορεί να είναι χρήσιμες οπουδήποτε αλλού. Ιστορικά, προτιμάται η φυσική άμμος λόγω των στρογγυλευμένων σωματιδίων που δίνουν καλύτερη εργασιμότητα. Στις βόρειες περιοχές της Georgia δεν υπάρχουν αποθέματα φυσικής άμμου και το μειωμένο κόστος μεταφοράς καθιστά την θραυστή άμμο ανταγωνιστική επιτρέποντας αυξημένο ποσοστό λεπτομερών για την επίτευξη της εργασιμότητας. Ωστόσο, οι προδιαγραφές της διαβάθμισης είναι ακόμη μη ικανοποιητικές ως δείκτης πρόβλεψης της ποιότητας του σκυροδέματος. Άλλες δοκιμές πρέπει να αναπτυχθούν ώστε να δημιουργηθούν προδιαγραφές που θα βασίζονται στην πραγματική απόδοση. 26

27 Πριν το 1997, τα λατομεία που πιστοποιήθηκαν από το αμερικάνικο Υπουργείο Μεταφορών έπρεπε να διατηρούν τη διαβάθμιση σε τιμές 0-7% διερχόμενο από το κόσκινο Νο100 (150 μm) και 0-2% διερχόμενο από το κόσκινο Νο200 (75 μm). Οι χρήστες έπρεπε να προσθέτουν λεπτομερή προκειμένου να βελτιώσουν την εργασιμότητα και την υφή της τελικής επιφάνειας. Αυτές οι συνήθεις προδιαγραφές για πολύ χαμηλό ποσοστό λεπτομερών κάτω από Νο200 (75 μm) στα αδρανή για μίγματα ασφαλτικά και σκυροδέματα και οι αυξημένες απαιτήσεις για θραυστή άμμο σκυροδέματος, έχουν συντελέσει στην αύξηση του ρυθμού παραγωγής των απόβλητων λεπτομερών (Smith and Slaughter, 1996). Οι προδιαγραφές για τη διαβάθμιση της άμμου σκυροδέματος έγιναν επίσης πιο ελαστικές από το Υπουργείο Μεταφορών της Βόρειας Καρολίνας ως αποτέλεσμα της πίεσης της βιομηχανίας αδρανών (Saunders, 1995). Χρήση της μεθόδου ανάλυσης εικόνας (image analysis) για τον χαρακτηρισμό των λεπτομερών Η on-line ανάλυση εικόνας ως μέθοδος χαρακτηρισμού των λεπτομερών κατά τη διάρκεια της παραγωγής έχει αναφερθεί σε αρκετά άρθρα. Ο Persson (1998) περιγράφει μια τεχνική ανάλυσης εικόνας για την κατανομή του μεγέθους και του σχήματος των κόκκων των λεπτομερών αδρανών, μια πιθανόν χρήσιμη μέθοδο για την ταξινόμηση των λατομικών προϊόντων προκειμένου να προσδιοριστεί η καταλληλότητά τους για διάφορες εφαρμογές όπου το μέγεθος των κόκκων παίζει σημαντικό ρόλο (συμπεριλαμβανομένου του σκυροδέματος). Μια άλλη μέθοδος για την ποσοτικοποίηση του σχήματος των σωματιδίων, της υφής της επιφάνειας και της διαβάθμισης είναι η μέτρηση των κενών του μη συμπιεσμένου υλικού ως δείκη (Marek, 1995). Ο Masad (2001) παρουσίασε στο συνέδριο ICAR του 2001 μια περίληψη των τεχνικών εικόνας για τον χαρακτηρισμό του σχήματος των αδρανών που χρησιμοποιούνται στα ασφαλτικά μίγματα. Δίνεται έμφαση στο γεγονός ότι οι μοναδικές δυνατότητες των τεχνικών ανάλυσης εικόνας επιτρέπουν την ανάπτυξη χαμηλού κόστους αυτοματοποιημένων συστημάτων για την αποτύπωση του σχήματος μεγάλων ποσοτήτων αδρανών γρήγορα και με ακρίβεια. 27